KR100555255B1 - 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 멀티-레벨 차분코딩 및 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 멀티-레벨 차분코딩 및 디코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광원으로부터 분리된 기준광과 물체광의 간섭을 이용하여 HDDS 매체에 홀로그래픽 디지털 데이터를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템(holographic digital data storage)에서 데이터를 저장할 때의 코딩 방법에 있어서, 데이터를 페이지 단위로 입력하는 단계와, 상기 입력 데이터를 a 개(a≥2) 단위로 그룹화하는 단계와, 상기 각 그룹 내의 a 개의 이진 데이터를 미리 지정된 코딩 규칙에 따라서 각각이 상이한 레벨을 가지는 a+1 개의 변조 데이터로 코딩하는 단계와, 상기 변조 데이터를 HDDS 매체에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 높은 재생율을 유지하며 코드율(code rate)을 향상시킬 수 있는 특징이 있어서 저장 밀도를 높일 수 있다.
HDDS, 멀티 레벨, 코딩, 디코딩, 코드율

Description

홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 멀티-레벨 차분 코딩 및 디코딩 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE-LEVEL DIFFERENTIAL CODING AND DECODING IN HOLOGRAPHIC DIGITAL DATA STORAGE}
도 1a는 본 발명에 따른 코딩 방법을 수행하며 홀로그래픽 디지털 데이터를 기록하는 예시적인 기록 장치를 도시한 도면.
도 1b는 본 발명에 따른 디코딩 방법을 수행하며 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 예시적인 재생 장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 코딩 과정을 나타내는 플로우차트.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 디코딩 과정을 나타내는 플로우차트.
도 4는 본 발명의 코딩 규칙에 따라 2 비트의 데이터를 3개의 레벨을 가지는 데이터로 변조하는 경우의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 규칙에 따라 3 비트의 데이터를 4개의 레벨을 가지는 데이터로 변조하는 경우의 코딩 규칙의 일 실시예를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 코딩부 110: 데이터 분할부
120: 멀티 레벨 코딩부 200: 기록부
200`: 재생부 210: 광원
220: 광분리기 230, 235: 셔터
250, 255: 반사경 260: 공간 광 변조기
270: HDDS 매체 280: CCD
300: 디코딩부 310: 데이터 분할부
320: 멀티 레벨 디코딩부 330: 데이터 출력부
본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템(holographic digital data storage)에 있어서 데이터를 저장/재생할 때의 코딩/디코딩 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 각 이진 데이터를 멀티-레벨을 가지도록 변조함으로써 기록 밀도를 향상시키는 코딩/디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템은 물체광과 기준광이 서로 간섭할 때 발생하는 간섭무늬를 그 강도에 민감하게 반응하는 저장매체(HDDS 매체)에 기록하는 함으로써 이진 데이터의 페이지 단위(이하, "데이터 페이지")로 구성되는 홀로그래픽 데이터를 저장하게 된다.
이러한 종래의 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템에서 HDDS 매체로부터 데이터를 재생하는 경우 광원인 레이저광의 세기(intensity), 렌즈에 의한 왜곡, 시스템 내부에서의 산란이나 회절 등 여러 가지 요인에 의해서 재생된 신호는 전체적으로 세기의 분포 차이를 가지게 된다. 또한 가우시안 분포 특성을 가지는 기준광은 재생된 데이터 페이지의 중심영역에서는 일정 레벨 이상의 광 세기를 나타내기 때문에 재생 에러율이 거의 없으나, 데이터 페이지의 모서리 영역에서는 광 세기가 일정 레벨 이하로 되어 재생 에러율이 급격하게 증가한다는 문제를 가진다. 따라서 디코딩 시, 임계값을 이용하여 디코딩하는 경우, 예컨대 픽셀의 값이 0.5보다 크면 1로, 0.5보다 작으면 0으로 판독하는 경우라면 잡음에 민감해지게 되어서 재생 에러율이 높아지는 단점이 있다.
따라서 HDDS 매체로의 저장/재생시 재생 에러율을 감소시키기 위해서 다양한 방식의 코딩 방법이 제안되었다. 그 한 예로서 미국 아이비엠 사에서 제안한 방식인 균형 블록 코드(balanced block codes)가 있다. 이 균형 블록 코드는 데이터를 일정한 크기의 블록으로 나누고 이를 가중치 블록으로 변환하는데, 가중치 블록 내의 '1' 비트의 개수와 '0' 비트의 개수가 같도록 코딩한 후 세기의 순서에 따라서 디코딩을 수행한다. 예컨대, 6:8 균형 블록 코드의 경우 6비트로 구성된 블록(원 블록)을 8 비트의 블록(가중치 블록)으로 변환시키는 것으로서 8 비트의 가중치 블록은 8 비트로 표현되는 모든 비트가 포함되는 것이 아니라 '1'이 4개, '0'이 4개로 구성되는 비트만으로 구성된다. 6비트의 원 블록은 64개의 정보를 표현할 수 있으며, '1'이 4개, '0'이 4개로 구성된 8비트의 가중치 블록은 70개의 정보(8C4)를 표현할 수 있다. 따라서 6 비트인 원블록의 64개의 정보들이 코딩 규칙(coding rule)에 의해서 8비트인 가중치 블록의 70개의 정보 중 선택된 그룹으로 매칭시켜서 코딩을 할 수 있다. 이렇게 코딩된 8 비트의 데이터를 원래의 6비트 데이터로 디코딩하는 경우, 재생된 8비트 신호 중에서 세기가 큰 것 4개를 1로 나머지는 0으로 한 조합을 만들게 되고 이를 코딩 규칙에 따라서 6비트로 전환하여 디코딩을 수행하게 된다. 이러한 균형 블록 코드는 데이터 페이지의 모서리 영역에서의 일정 수준이상의 재생율을 유지할 수 있다는 장점이 있지만 코드율이 낮은 단점이 있게 된다. 예컨대 4:6 균형 블록 코드의 경우 67%, 6:8 균형 블록 코드의 경우 75%, 8:12 균형 블록 코드의 경우 67%의 코드율을 가지게 되며, 현실적으로 75% 이상의 코드율을 얻을 수 없는 한계가 있다.
종래 기술의 다른 예로서 미국 스탠포드 대학에서 제안한 이진 블록 코드(binary block codes)도 사용되고 있다. 이 이진 블록 코드는 원래 데이터를 국부적으로 '1'이 '0'보다 큰 것을 이용하여 코딩하는 것으로서, 예컨대, 원래 데이터 '0'은 변조된 데이터 '01'로, 원래 데이터 '1'은 변조된 데이터 '10'으로 코딩을 하는 것이다. 이와 같이 코딩하는 경우, HDDS 매체내의 저장 위치가 중심부이건 외주부이건간에 국부적으로는 기준광의 세기 변화, 굴절, 왜곡 현상이 동일하거나 거의 유사하기 때문에, 인접한 픽셀의 레벨 차이를 검사하면 전술한 IBM사의 BBC 방식보다 정확하게 변조된 데이터를 결정할 수 있는 장점이 있으나 한 비트의 원래 데이터를 표현하기 위해서는 2개의 픽셀이 필요하므로 코드율이 50%로 낮은 단점이 있다.
HDDS 저장 매체로의 데이터 저장/재생에 있어서 재생 에러율의 감소와 코드율의 증가는 상호 트레이트오프관계에 있기 때문에 종래의 코딩 방식으로는 재생율과 코드율을 동시에 증가시킬 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 높은 재생율을 유지하면서 멀티 레벨을 가지도록 데이터를 변조하고 이 값들을 기록함으로써 코드율을 향상시켜서 저장 밀도를 높일 수 있도록 하는 멀티-레벨 차분 코딩/디코딩 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준광과 물체광의 간섭을 이용하여 HDDS 매체에 홀로그래픽 디지털 데이터를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템에서 데이터를 저장할 때의 코딩 방법에 있어서, 데이터를 페이지 단위로 입력하는 단계와, 상기 입력 데이터를 a 개(a는 2이상의 자연수) 단위로 그룹화하는 단계와, 상기 각 그룹 내의 a 개의 이진 데이터를 미리 지정된 코딩 규칙에 따라서 각각이 상이한 레벨을 가지는 a+1 개의 변조 데이터로 코딩하는 단계와, 상기 변조 데이터를 HDDS 매체에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 코딩방법에서, 상기 그룹 내의 각 입력 데이터는 상이한 레벨을 가지는 두 개의 인접한 변조 데이터로써 나타낼 수 있다. 또한 본 발명의 코딩방법에서, 상기 코딩 규칙은 입력 데이터가 '0'인 경우에는 그 레벨이 증가하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내고, 입력 데이터가 '1'인 경우는 그 레 벨이 감소하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템코딩/디코딩 방법 및 이를 구현할 수 있는 장치를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1a는 본 발명의 코딩 방법이 적용될 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 도시한 도면이다. 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템은 코딩부(100)와 기록부(200)를 포함한다. 기록부(200)는 광원(210), 광분리기(220), 셔터(230, 235), 반사경(250, 255), 액추에이터(240), 공간 광 변조기(260), HDDS 매체(270)를 포함한다. 코딩부(100)는 데이터 분할부(110), 멀티 레벨 코딩부(120)를 포함한다. 광원(210)에서 방출된 광은 광 분리기(220)를 통하여 물체광과 기준광으로 분리되고, 물체광은 경로(S2)를 따라서 셔터(235), 반사경(255) 및 공간 광 변조기(260)를 통하여 HDDS 매체(270)로 입사된다. 광 분리기(220)에서 분기된 기준광은 기준광 경로(S1)를 따라서 셔터(230) 및 반사경(250)을 통하여 HDDS 매체(270)로 입사된다. 액추에이터(240)는 반사경(250)을 회전시켜서 원하는 각도로 기준광을 입사시키는 역할을 한다. 데이터는 코딩부(100)에서 코딩되어서 공간 광 변조기(260)로 입력된다. 코딩부(100)는 2진 데이터를 입력받아 a(a≥2) 개 단위로 그룹화하는 데이터 분할부(110)와, 그룹화된 데이터를 본 발명에 따르는 미리 지정된 코딩 규칙을 적용하여 멀티 레벨 변조 데이터로 코딩하는 멀티 레벨 코딩부(120)를 포함한다. 한편, 데이터 분할부(110)는 입력 데이터가 2진 데이터가 아닐 경우 이를 2진 데이터로 변환한 후 a 개 단위로 그룹화한다. 공간 광 변조기(260)는 물체광을 코딩부(100)에서 제공되는 데이터에 따라 픽셀들의 명암을 나타내도록 변조하고 이러한 변조된 픽셀들이 페이지 단위로 HDDS 매체(270)에 입사한다. HDDS 매체(270)에서는 기준광과 공간 광 변조된 물체광이 입사하여 상호간의 간섭에 의해서 그 간섭무늬가 기록된다.
도 1b는 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이터 재생 관련 부분을 도시한 도면이다. 홀로그래픽 디지털 데이터 재생은 재생부(200')와 디코딩부(300)에 의해 수행된다. 재생부(200')는 광원(210), 셔터(230), 반사경(250), 액추에이터(240), HDDS 매체(270), CCD(280)를 포함한다. 디코딩부(300)는 데이터 분할부(310), 멀티 레벨 디코딩부(320), 데이터 출력부(330)를 포함한다. 광원(210)에서 방출된 기준광이 셔터(230)와 반사경(250)을 통하여 HDDS 매체(270)로 입사하게 되고, HDDS 매체(270)에서는 기준광에 의해서 기록된 간섭무늬가 회절되어 한 페이지의 데이터를 재생하며 이 재생된 신호가 CCD(280)로 조사된다. CCD(280)에서는 이러한 신호를 전기적인 신호로 복원하고 이 신호가 디코딩부(300)에 전달된다. 디코딩부(300)내의 데이터 분할부(310)는 CCD(280)에서 출력되는 전기적 신호를 입력받아 데이터를 a+1개 단위로 분할하고, 멀티 레벨 디코딩부(320)는 분할된 데이터에 대하여 본 발명에 따르는 미리 지정된 코딩 규칙에 따라서 멀티 레벨 디코딩을 수행한 다음 데이터 출력부(330)가 디코딩된 데이터를 출력한다.
이하, 본 발명에 따르는 멀티 레벨 코딩 규칙에 대해 상세히 설명한다. 변조 데이터가 N 개의 멀티 레벨을 가질 경우, 2개의 변조 데이터는 2N 가지의 경우를 나 타낼 수 있고, 3개의 변조 데이터는 3N 가지의 경우를 나타낼 수 있다. 일반적으로 M 개의 N 레벨 데이터는 MN 가지의 경우를 나타낼 수 있으므로, 통상 입력 데이터의 레벨보다 높은 차수의 레벨을 가지는 데이터로 변조할 경우 100% 이상의 코드율을 얻을 수 있다.
그러나, 본 발명은 재생 에러가 문제되는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템에 적용될 것을 감안한 것이므로, 본 발명의 코딩 규칙은 입력 이진 데이터의 각각을 인접하여 배치되고 서로 다른 레벨을 가지는 둘 이상의 변조 데이터로 변조하여 HDDS 매체에 저장하고 이를 복원하는 방식을 근간으로 한다. 본원 발명과 스탠포드 방식과 같은 종래의 기술과의 주된 차이점은 변조 데이터의 레벨을 '0' 및 '1'의 두 가지로 제한하지 아니하고 3레벨 이상으로 하는 데 있다. 이럼으로써 a 개의(a≥2) 입력 데이터를 a+1 개의 멀티 레벨 변조 데이터로 변조할 수 있기 때문에 a가 4이상일 경우 80% 이상의 높은 코드율을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르는 일 실시예에서 코딩 규칙은 입력 데이터 '0'은 레벨이 증가하는 순서로 배치된 두개의 인접 변조 데이터로서 나타내고, 입력 데이터 '1'은 레벨이 감소하는 순서로 배치된 두개의 인접 변조 데이터로서 나타낸다. 예컨대, 2비트로 분할된 입력 데이터는 '00', '01', '10', '11'의 4가지 조합을 가지며, 이들은 3개의 멀티 레벨 데이터로 변조된다. 즉, '00'은 '012'로 변조되고, '01'은 '010', '021'......, 또는 '121'로 변조되며, '10'은 '101', '212'......, 또는 '202'로 변조되고, '11'은 '210'으로 변조될 수 있다. 이때 변조 데이터는 증가하 거나 감소하는 순서로 배치되기 때문에 두 개의 인접한 변조 데이터는 서로 동일한 레벨을 가지는 경우가 없다. 본 실시예의 코딩 규칙을 따르면 인접한 두 저장 데이터간의 레벨의 크기를 정확히 검출할 필요가 없이 단지 인접한 두 데이터간의 상대적인 레벨의 고저만을 검출하면 정확하게 입력 데이터를 복원할 수 있으므로, 재생시 저장 데이터의 각 레벨을 정하기 위한 임계값의 설정 또는 조정이 불필요하며 HDDS 매체의 외주부 영역에 저장된 데이터라도 높은 재생율로서 재생할 수 있다.
대안으로서, 재생 에러율을 더욱 감소시키기 위하여 변조 데이터를 선택하는 조합에 제한을 두는 규칙을 부가할 수 있다. 전술한 실시예에서는 3개의 3레벨 변조 데이터가 취할 수 있는 조합은 33 = 27개이다. 여기에 각 변조 데이터는 상이한 레벨을 가진다는 규칙을 부가하면 3개의 3레벨 변조 데이터가 취할 수 있는 조합은 3! = 3 × 2 × 1 = 6개로 감소된다. 그러나, 2비트 2진수가 나타내는 4가지 경우에 불과하므로, 위 규칙을 부가하더라도 전술한 실시예에 비한 코드율의 저하는 없다.
구체적으로, 변조된 데이터 그룹내의 각 데이터가 모두 상이한 레벨을 가진다면, 3개로 이루어지는 변조 데이터 그룹의 조합은 '012', '021', '120', '102', '201', '210'의 6가지 조합이 가능하게 된다. 따라서 입력 데이터 '00', '01', '10', '11'의 4가지 조합은 '012', '021', '120', '102', '201', '210'의 6가지 조합 중 하나로 매칭이 될 것이며, 입력 데이터의 비트 '0'은 변조된 두 인접 데이터에서 뒤의 수가 증가하도록 변조하고 입력 데이터의 비트 '1'은 변조된 두 인접 데 이터에서 뒤의 수가 감소하도록 변조한다고 하면, 입력 데이터 '00'은 변조된 데이터 '012'로, '01'은 '010', '020','021', '120', '121' 중 하나로, '10'은 '101', '102', '201', '202', '212' 중 하나로, '11'은 '210'으로 매칭될 수 있다. 본 실시예의 코딩 규칙을 따르게 된다면, 하나의 변조 데이터 그룹을 이루는 복수개의 각 변조 데이터는 서로 동일한 레벨의 데이터가 있을 수 없으므로 재생시 이러한 규칙성을 고려하여 판독하면 오판독 가능성을 보다 줄일 수 있고, 이럼으로써 재생 에러율을 더욱 감소시킬 수 있다.
또 다른 대안으로서, 입력 데이터의 비트 '0'을 나타내기 위하여 인접한 두 개의 변조 데이터 레벨이 감소하는 순서로 배치하고 입력 데이터의 비트 '1'을 나타내기 위하여 인접한 두 개의 변조 데이터의 레벨의 증가하는 순서로 배치하되, 그룹 내의 변조 데이터는 각각 상이한 레벨을 가지도록 하는 코딩 규칙이 있을 수 있다. 예컨대, 3 개의 변조 데이터로 이루어진 그룹에서는 '0', '1', '2'의 3가지 레벨의 변조 데이터가 각각 한번씩만 배치되어 '00'은 '210'로, '01'은 '102'로, '10'은 '102'로, '11'은 '012'로 매칭되도록 변조할 수 있다.
이하에서, 도 2내지 도 5를 참조하여 상기의 코딩 규칙 중 하나를 적용하여 입력 데이터를 2비트 단위로 그룹화한 경우에 HDDS 매체에 데이터를 저장하는 과정을 설명한다.
도 2는 본 발명의 코딩 규칙에 따라 데이터를 코딩하는 과정을 도시한 플로우 차트이다. 우선, 도 1a에 도시된 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩부(100)에서 데이터를 페이지 단위로 입력받는다(단계 S200). 만약, 입력 데이터가 2진수가 아닐 경우 이를 2진수로 변환한 다음, 상기 입력 데이터를 2개 단위로 그룹화한다(단계 S220). 이진 입력 데이터의 각 분할 그룹은 본 발명의 코딩 규칙에 따르는 변조의 단위가 된다. 이 부분은 도 1a의 데이터 분할부(110)를 통하여 수행된다.
그 다음, 상기 각 그룹 내의 2개의 이진 데이터를 코딩 규칙에 따라서 2+1 = 3개의 멀티 레벨을 가지는 2+1 = 3개의 변조 데이터로 코딩한다(단계 S240). 이 단계는 공간 광 변조를 통하여 HDDS 매체에 기록될 변조된 데이터를 생성하기 위한 단계이며, 도 1a의 멀티 레벨 코딩부(120)에서 수행된다.
본 실시예에 적용되는 코딩규칙을 입력 데이터의 비트 '0'은 두 개의 인접한 변조 데이터에서 뒤의 수가 증가하도록 변조하고 입력 데이터의 비트 '1'은 두 개의 인접한 변조 데이터에서 뒤의 수가 감소하도록 변조하며, 내부에 '0', '1', '2'의 3가지 레벨이 한번씩 배치하는 것으로 하면, 도 4에 도시된 바와 같이 '00'은 '012'로, '01'은 '021'로, '10'은 '201'로, '11'은 '210'으로 매칭되도록 변조된다. 본 실시예에서는 설명의 편의와 이해의 증진을 도모하고자 한 그룹에 속하는 입력 이진 데이터의 비트수인 a를 2로 선택하였으나, a는 이에 제한되지 않고 2 이상의 임의의 자연수에서 자유롭게 선택할 수 있음은 물론이다.
그 다음, 도 1a의 공간 광 변조기(260)는 3개의 멀티 레벨을 가지는 3개 단위의 변조 데이터를 입력받아 공간 광변조하고 이를 간섭무늬로서 HDDS 매체(270)에 기록한다(단계 S260). 이 단계는 기존의 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 사용하여 데이터 기록을 수행할 수 있다. 이 경우 멀티 레벨을 가지는 변조 데 이터를 저장하기 위해서 코딩 규칙의 입력 데이터에 따라 각도나 위치의 변화없이 2회 기록한 후 동일 위치에서 재생을 한다.
예컨대, 데이터 '00'이 입력되어 본 발명의 코딩 규칙에 따라서 '012'로 변조된 경우, '012'를 저장하기 위하여 우선 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템에 '011'을 입력하여 하나의 픽셀 그룹에 기록한다. 이때 기록 에너지는 보통 기록때의 절반의 회절효율이 나오는 양으로 조절한다. 그 다음, 위치나 각도의 변화없이 동일한 픽셀 그룹에 2번째로 '001'을 입력하여 기록한다. 이 경우에도 첫 번째 기록의 경우와 마찬가지로 절반의 회절효율이 나오도록 기록 에너지를 조절하여 기록한다. 이렇게 동일한 픽셀 그룹에 대해서 위치나 각도의 변화없이 2회의 기록이 완료되면 이 픽셀 그룹의 첫 번째 픽셀은 0으로, 두 번째 픽셀은 0.5로 세 번째 픽셀은 1의 레벨을 가지게 된다. 따라서, 각각이 상이한 멀티 레벨을 가지는 3개의 변조 데이터를 저장할 수 있다.
도 3은 전술한 방식으로 변조되어 기록된 데이터를 재생하여 디코딩하는 과정에 대한 플로우차트이다. 우선 HDDS 매체에 기록된 디지털 정보를 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 사용하여 재생한다(단계 S300). 즉, CCD(280)에서 신호를 전기적인 신호로 복원하고 이 신호를 디코딩부(300)에 전달하는 단계로서, HDDS 매체에 저장된 데이터 페이지를 재생·판독하여, 3개의 픽셀 단위로 픽셀 그룹을 정렬한다. 각 픽셀 그룹에서 가장 큰 수는 2로, 중간 수는 1로 가장 적은 수는 0으로 인식하도록 한다. 본 실시예의 경우 0, 0.5, 1(즉 '012')이 인식이 될 것이다.
이렇게 재생된 정보를 도 1b의 디코딩부(300)내의 데이터 분할부(310)에서 2+1 = 3개의 레벨을 가지는 3개의 변조 데이터의 그룹으로 분할한다(단계 S320). 본 실시예에 적용되는 코딩 규칙에 따르면 한 그룹에 속하는 3개의 변조 데이터는 각각이 상이한 레벨을 가지고 있으므로, 재생 및 분할 과정에서 이 기준을 적용하여 재생 에러 여부 및/또는 그룹 설정의 적절성 여부를 판단할 수 있다.
재생 및 그룹 분할이 적절하다고 판단되면, 변조시 이용한 것과 동일한 코딩 규칙을 역으로 적용하여 상기 3개의 레벨을 가지는 3개의 변조된 데이터의 그룹으로를 디코딩하여 2비트 단위의 원 입력 데이터를 복원한다(단계 S340). 이 부분은 멀티 레벨 디코딩부(320)에서 수행된다. 예컨대, 재생되어 분할된 변조 데이터가 '012'일 경우, 첫 번째와 두 번째인 변조 데이터 '01'로부터 원래 데이터의 첫 번째 비트인 '0'을 복원하고, 두 번째와 세 번째 변조 데이터 '12'로부터 원래 데이터의 두 번째 비트인 '0'을 복원함으로써 2비트로 구성된 원래 데이터 '00'을 복원한다.
위 과정을 전체 변조 그룹에 대하여 반복 수행하여 각 그룹의 입력 데이터를 복원한 다음, 2비트 단위의 그룹을 결합하여 원래의 입력 데이터 전체를 복원하여 출력한다(단계 S360). 이 과정은 데이터 출력부(330)에서 수행된다.
입력 데이터를 3비트로 분할할 경우에도 분할 단위만이 차이가 있을 뿐 전술한 것과 동일한 과정을 통하여 변조되어 저장되고 다시 재생 및 복원된다. 도 5는 3비트 단위로 구성된 입력 데이터와 그에 대응하는 변조 데이터를 도시한 도면이다. 3비트로 구성된 입력 데이터는 '000', '001', '010', '011', '100', '101', '110', '111'의 8가지 조합이 존재하며, 이들 각 입력 데이터를 3+1 = 4개의 멀티 레벨 변조 데이터로 변조한다.
전술한 본 발명의 코딩 규칙 중 하나에 따라 입력 데이터의 비트 '0'은 인접한 두 개의 변조 데이터에서 뒤의 수가 증가하도록 입력 데이터의 비트 '1'은 인접한 두 개의 변조 데이터에서 뒤의 수가 감소하도록 변조하고, 변조 데이터 그룹 내의 각 데이터(픽셀)는 서로 다른 레벨을 가지도록 하면, 예컨대 입력 데이터 '000'은 '0123', '001'은 '0132', '010'은 '0312', '011'은 '0321', '100'은 '3012', '101'은 '3021', '110'은 '3201', '111'은 '3210'으로 각각 변조할 수 있다. 이렇게 변조된 데이터를 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 사용하여 기록한다. 이 경우, 입력 데이터 '000'로부터 변조된 데이터 '0123'을 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 사용하여 기록한다고 가정하면 총 3회의 기록을 수행하면 된다. 즉 '0111'을 기록하고 동일한 위치에 동일한 각도로 '0011'을 2번째로 기록하고, 동일한 위치에 동일한 각도로 '0001'을 기록한다면, 이 픽셀 그룹은 '0123'의 레벨을 가지게 될 것이다. 이와 같이 HDDS 매체에 저장된 변조 데이터는 다시 전술한 것과 동일한 과정을 거쳐 재생되고 코딩 규칙을 역으로 적용하여 '000'의 원래 입력 데이터로 복원될 수 있다. 입력 데이터를 4개 이상의 단위로 분할한 경우에도 동일한 과정이 적용될 수 있다.
이상의 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 코딩 규칙에 따르면, 2개의 이진 데이터는 3개의 레벨을 가지는 3개의 픽셀 데이터로 표현이 가능하며 또한 3개의 이진 데이터는 4개의 레벨을 가지는 4개의 픽셀 데이터로 표현이 가능하다. 예컨대, 4개의 이진 데이터를 5개의 픽셀로 표현하는 경우 코드율은 80%가 될 것이며, 5개의 이진 데이터를 6개의 픽셀로 표현하는 경우 코드율은 83%가 될 것이다. 따라서 스탠포드 방식과 같은 정도의 높은 재생율을 유지하면서 현저한 코드율의 향상을 이룰 수 있으며, 기존의 균형 블록 코드에 비해서는 재생율 및 코드율이 향상된다는 것을 알 수 있다.
더욱이 종래 기술과 확연히 구별되는 본 발명의 획기적인 특징은, HDDS 매체에 기록되는 각 픽셀이 멀티 레벨을 가지도록 기록을 하더라도 데이터의 재생 및 복원은 단지 인접한 두 픽셀간의 레벨의 상대적인 높고 낮음만을 정확하게 검출하면 완벽히 이루어질 수 있기 때문에, 코드율이 높아지더라도, 즉 픽셀 레벨이 증가하더라도 재생 에러율은 증가되지 않고 높은 수준의 재생율이 유지된다는 데 있다.
비록 본원 발명이 구성이 예시적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 예시에 의해 제한되는 것은 아니며, 본원 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 결정되어야 한다.
본 발명에 따르면 HDDS 매체를 이용한 데이터의 저장 및 재생에 있어서 높은 수준의 재생 성공율을 유지하면서 현저하게 코드율을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면 HDDS 매체에 저장되는 픽셀의 레벨을 점증시켜 코드율을 높이더라도 시키더라도 재생 에러율은 증가하지 않기 때문에 종래 기술의 한계를 극복할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 광원으로부터 분리된 기준광과 물체광을 이용하여 HDDS 매체에 홀로그래픽 디지털 데이터를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템(holographic digital data storage; HDDS)에서 데이터를 저장할 때의 코딩 방법에 있어서,
    데이터를 페이지 단위로 입력받는 단계와,
    상기 입력 데이터를 a 개 (a≥2) 단위로 그룹화하는 단계와,
    상기 각 그룹 내의 a 개의 이진 데이터를 미리 지정된 코딩 규칙에 따라서 각각 상이한 레벨을 가지는 a+1 개의 변조 데이터로 코딩하는 단계와,
    상기 변조 데이터를 HDDS 매체에 저장하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코딩 규칙은 입력 데이터가 '0'인 경우에는 그 레벨이 증가하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내고, 입력 데이터가 '1'인 경우는 그 레벨이 감소하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내는 것인 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코딩 규칙은 입력 데이터가 '0'인 경우에는 그 레벨이 감소하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내고, 입력 데이터가 '1' 인 경우는 그 레벨이 증가하도록 배치된 두 개의 인접하는 변조 데이터로 나타내는 것인 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변조 데이터를 저장하는 단계는 HDDS 매체의 동일한 위치에 동일한 기준광을 조사하며 a 회의 기록을 통하여 상기 변조 데이터를 HDDS 매체에 저장하는 것인 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩방법.
  5. 광원으로부터 분리된 기준광을 이용하여 HDDS 매체에 저장된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템에서 데이터를 디코딩하는 방법에 있어서,
    HDDS 매체에 기록된 디지털 정보를 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템을 사용하여 재생하는 단계와,
    재생된 정보를 a+1 개(a≥2)의 변조 데이터의 그룹으로 분할하는 단계와,
    상기 각 그룹 내의 변조 데이터의 광 세기 레벨을 정하는 단계와,
    상기 a+1 개의 변조 데이터의 그룹에서 변조시 이용한 것과 동일한 코딩 규칙을 사용하여 a 비트 단위의 그룹으로 디코딩하는 단계와,
    상기 a 비트 단위의 디코딩된 데이터를 결합하여 원래의 입력 데이터를 복원하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 디코딩 방법.
  6. 광원으로부터 분리된 물체광과 기준광의 간섭을 이용하여 HDDS 매체에 저장된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩 장치에 있어서,
    HDDS 매체에 저장할 데이터를 입력 받는 입력부와,
    상기 입력부에 입력된 데이터를 a(a≥2) 개 단위의 이진수로 분할하여 그룹화하는 데이터 분할부와,
    상기 각 그룹 내의 a 개의 이진 데이터를 서로 상이한 레벨을 가지는 a+1 개의 변조 데이터로 변환하는 멀티 레벨 코딩부(120)부와,
    상기 변조 데이터를 HDDS 매체에 기록하는 기록부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기록부는 HDDS 매체의 동일한 위치에 동일한 기준광을 조사하며 미리 지정된 a 비트 2진 데이터 패턴을 a 회 입력하여 상기 변조 데이터를 기록하는 것인 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 코딩 장치.
  8. 광원으로부터 분리된 물체광과 기준광의 간섭을 이용하여 HDDS 매체에 저장된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 디코딩 장치에 있어서,
    HDDS 매체에 기록된 디지털 정보를 재생하는 재생부와,
    재생된 정보를 a+1 개(a≥2)의 변조 데이터의 그룹으로 분할하고, 상기 각 그룹 내의 변조 데이터의 광 세기 레벨을 정하는 데이터 분할부와,
    상기 a+1개의 변조 데이터의 그룹에서 변조시 이용한 것과 동일한 코딩 규칙을 사용하여 a 비트 단위의 그룹으로 디코딩하는 멀티 레벨 디코딩부와,
    상기 a 비트 단위의 디코딩된 데이터를 결합하여 원래의 입력 데이터를 복원하여 출력하는 데이터 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장시스템의 디코딩 장치.
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